提高板式換熱器換熱效率的技術探討

張卓哲　王浙冉

摘要：在化工、冶金、供熱、醫藥等行業上開始使用板式換熱器有著提高換熱效率、控制維修成本增加經濟收益等各方面優勢。通過多年的設計、實際經驗為基石，本文主要討論是有關板式換熱器的設計結構及使用的優缺點等有關問題，最后還提出了針對性的優化方案；另論述了板式換熱器的常規設計及優化方案，還有計算流體力學設計的相應討論，為的是獲得能夠有效提高其換熱效率的方法。

關鍵詞：板式換熱器；換熱效率；結構；傳熱系數

本論文探討的技術內容主要有：管板厚度計算、折流板選型計算、換熱管的分布、開孔補強的計算還有各種零件材料的選取等工程。在實際工程中，整個設計的內容不僅要嚴格滿足國家的相關規范標準要求，同時還要滿足好客戶的設計需求，通過優化設備結構、維護設備運行等來提高換熱效率，進而為業主提高經濟效益，才能在激烈的設計市場競爭中勝出。

一、板式換熱器的結構分析

板式換熱器的換熱原件材料主要是純鈦和不銹鋼等，厚度在0.5mm～1.0mm的金屬壓片。板片壓制的時候為了能有更好的抗變形能力、換熱面積、流體湍流程度及剛度，一般會使用波紋型以及槽形模具來加工。為了達到相應的換熱目的，還會將螺栓進行壓緊和固定，從而使用孔形成的流體通道來對流體進行運輸。調節好板片之間的組合，讓板片內部可以形成均勻網流，從而有效提高傳熱的效率。從部件的功能方面來看，板片主要分為固定部件、支撐部件、換熱部件、支撐部件、導流部件還有換熱部件，這五個部分當中最為重要的是換熱部件，需要從流體力學及熱傳學的角度來對換熱部件的設計和選用進行研究。板片的設計結構有許多種，國內主要是以使用人字形波紋為主，主要分類為橫向和縱向人字形波紋兩種，該種結構是網狀流動板型結構，流體介質在板片之間的通道流過時，因鋪滿的接觸點而產生螺旋狀流動，從而讓介質的流動速度加快，同時還能減少低層流層的厚度，將對流換熱的效果得到大幅度提升。經過一系列的試驗之后發現，若將水作為介質，當雷諾數保持在20～200之間，同時速度達到0.2m/s～0.5m/s之間，就能有湍流狀態，從而將傳熱系數大幅度提高。

二、板式換熱器的特點

結構緊湊：與其他種類的換熱器進行比較的話，板式換熱器由于其板片能夠緊密地排列在一起，這樣占地空間和面積就能大幅度減少，舉例來說，在面積相同的情況下，板式換熱器的只有列管換熱器的1/5。容易清洗拆裝方便：由于板式換熱器是夾固板同板片相互夾緊組成的，所以其拆裝的難度很低，打開清洗一次工時也很少.另板面十分光滑，有很高的湍流程度，所以很難有污垢殘留。使用壽命長：板式換熱器使用的是耐腐蝕性很強的不銹鋼以及鈦合金板片，同時還能隨意更換膠墊，拆裝維修十分的方便。適應性強：板式換熱器可以做到按照要求對流程進行增減，有著多種多樣的形式。不串液，由于密封槽設置了相應的泄液液道，不會出現介質串通的現象，即使有泄漏的情況出現，泄漏的介質也會向換熱器之外排出。

三、維修保養

1）要針對水質、溫度以及介質的相應熱性等因素對換熱器進行定期的拆解檢查，然后對污垢進行清理的工作。清洗的時候不能用金屬刷子，為的是避免板片表面劃傷以及抗腐蝕性能降低，可以讓碳酸鈉溶液和棕刷子進行搭配使用來清洗。可以使用短暫的反運行的方式來對管道內殘存的、沉積的泥沙以及沉淀雜物進行清理，其效果也是很不錯的。

2）損壞的板片應及時進行更換。如沒有備用板片，在操作允許的情況下可以拆下兩個相鄰板片（兩張板片不應是換向板片而應是帶四孔的板片），夾緊尺寸應相應減少。

3）對于老化了的密封墊要及時更換。若是有板片和密封墊脫落的情況，就需要用稀料將板片密封槽內的粘接劑清除干凈之后再用適量的粘接劑進行再次粘接工作。

4）在進行組裝換熱器的時候始終保持好板片和密封墊的清潔和整齊程度，嚴格遵守相應的組裝形式圖來展開組裝工作，螺柱在做到壓緊的同時還不能過緊。

5）冬季等寒冷環境之下要先將板式換熱器停止工作，排掉介質之后才能進行更換。

四、設備清洗

1）當熱效率不足、壓降開始明顯改變的時候要對板式換熱器進行清洗工作。

2）可以對板片進行逐張清洗，若是結垢現象嚴重的話就要將板片拆解下來然后水平放置來進行刷洗工作。

3）可以使用化學清洗劑在設備的內部進行內循環清洗，還可以使用軟刷來進行機械清洗，但是不能用鋼刷，為的是不將板片劃傷。

4）當沖洗的工作結束之后還需要用干凈的布將板片擦拭干，同時不能有各種異物灰塵等各種雜質殘留在板片和膠墊之間。

5）清洗的時候要保證膠墊和脫膠膠墊粘貼穩定，讓其做到貼合均勻，并把多于的粘合劑擦去。

五、故障處理

1）運行的時候設備通常會出現滲漏、串液和泄漏的故障。

2）夾緊的尺寸不足，沒有將墊片粘接好，有異物殘存在墊片之上都會導致滲漏的故障，可以通過夾緊螺柱或者拆裝設備來進行解決。

3）如果在設備工作時才出現部分滲漏的現象，就應該把壓力降到零，把螺柱擰緊，每次擰緊2到3mm，若是還不能解決則就應該將膠墊進行更換。根據實際設計及運行經驗，板式換熱器的膠墊耐壓耐溫一般不超過0.4Mpa飽和蒸汽（溫度152℃），超過壓力和溫度后，就很容易出現膠墊腐蝕滲漏現象。

4）經過長期的工作之后膠墊會出現老化的現象，這樣的情況即使加緊尺寸也無法解決，只能對其進行更換操作。

5）當板片出現裂紋或者穿孔的時候就會有串液的現象，這時候就要拆解設備進行板片的檢查，損壞嚴重的要對板片進行更換。

六、結語

現如今這個時代，換熱器的設計隨著計算軟件和相關的技術優化也在不斷的發展當中，但是由于各方面的影響因素使得換熱器的設計還不能夠滿足用戶的需求。所以相關的從業人員就應該對其加工工藝進行更加深入的研究和探討，掌握好CFD技術來對設計的層次進行提高，對設備結構及系統運行方式等方面進行優化。

參考文獻：

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